एल्यूमीनियम एनोडाइजेशन के सिद्धांत
एल्यूमीनियम -1.66v की एक मानक क्षमता के साथ एक अपेक्षाकृत सक्रिय धातु है। यह स्वाभाविक रूप से हवा में लगभग 0.01 से 0.1 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक ऑक्साइड फिल्म बना सकता है। यह ऑक्साइड फिल्म असंगत, पतली और असुरक्षित है, और इसमें खराब जंग प्रतिरोध है। हालांकि, यदि एल्यूमीनियम और उसके एलॉय को एक उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट में रखा जाता है, तो एल्यूमीनियम उत्पाद का उपयोग एनोड के रूप में किया जाता है, और बाहरी धारा की कार्रवाई के तहत सतह पर एक ऑक्साइड फिल्म बनाई जाती है। इस विधि को एनोडिक ऑक्सीडेशन कहा जाता है।
विभिन्न सांद्रता के साथ विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रोलाइट्स का चयन करके, और ऑक्सीकरण के दौरान प्रक्रिया की स्थिति को नियंत्रित करके, विभिन्न गुणों और लगभग दसियों से सैकड़ों माइक्रोन की मोटाई के साथ एनोडाइज्ड फिल्मों को प्राप्त किया जा सकता है, और उनके जंग प्रतिरोध, पहनने के प्रतिरोध और सजावट गुण आदि में काफी सुधार और सुधार हुआ है। एल्यूमीनियम और एल्यूमीनियम एलॉय के एनोडाइजेशन में उपयोग किया जाने वाला इलेक्ट्रोलाइट आम तौर पर मध्यम विघटन शक्ति के साथ एक अम्लीय समाधान होता है, और सीसा या एल्यूमीनियम का उपयोग कैथोड के रूप में किया जाता है, जो केवल बिजली का संचालन करता है। जब एल्यूमीनियम और उसके एलॉय एनोडाइजेशन से गुजरते हैं, तो निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं एनोड पर होती हैं:
2Al ---> 6e- + 2Al3+
कैथोड पर निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं:
6H2O +6e- ---> 3H2 + 6OH-
साथ ही, एसिड रासायनिक रूप से एल्यूमीनियम और गठित ऑक्साइड फिल्म को भंग कर देता है, और प्रतिक्रिया है:
2Al + 6H+ ---> 2Al3 + + 3H2
Al2O3 + 6H + ---> 2Al3 + + 3H2O
ऑक्साइड फिल्म की विकास प्रक्रिया ऑक्साइड फिल्म के निरंतर गठन और निरंतर विघटन की प्रक्रिया है।
पहला खंड ए (वक्र अनुभाग एबी): गैर-असुरक्षित परत गठन। विद्युतीकरण की शुरुआत में कुछ सेकंड से दसियों सेकंड के भीतर, एल्यूमीनियम की सतह पर एक घने, उच्च इन्सुलेट ऑक्साइड फिल्म बनाई जाती है, जिसकी मोटाई लगभग 0.01 से 0.1 माइक्रोन होती है, जो एक सतत, गैर-असुरक्षित फिल्म परत है। एक गैर-असुरक्षित परत या बाधा परत के रूप में, इस फिल्म की उपस्थिति वर्तमान के पारित होने और फिल्म के निरंतर मोटाई में बाधा डालती है। गैर-असुरक्षित परत की मोटाई सीधे वोल्टेज बनाने के लिए आनुपातिक है और इलेक्ट्रोलाइट में ऑक्साइड फिल्म की विघटन दर के विपरीत आनुपातिक है। इसलिए कर्व के एबी सेगमेंट का वोल्टेज शून्य से अधिकतम मूल्य में तेजी से वृद्धि दिखाता है।
दूसरा खंड बी (वक्र बीसी अनुभाग): असुरक्षित परत गठन। ऑक्साइड फिल्म के बनने के साथ ही फिल्म पर इलेक्ट्रोलाइट का विघटन शुरू हो जाता है। क्योंकि गठित ऑक्साइड फिल्म एक समान नहीं है, छेद पहले फिल्म के सबसे पतले हिस्से में भंग हो जाएगा, और इलेक्ट्रोलाइट इन छेद के माध्यम से एल्यूमीनियम की ताजा सतह तक पहुंच सकता है, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया जारी रख सकते हैं, प्रतिरोध कम हो जाती है, और कम होने के बाद वोल्टेज (कमी उच्चतम मूल्य का 10-15% है), झिल्ली पर एक छिद्रपूर्ण परत दिखाई देती है।
तीसरा खंड सी (वक्र सीडी अनुभाग): छिद्रपूर्ण परत का मोटा होना। के बारे में 20s के लिए anodizing के बाद, वोल्टेज एक अपेक्षाकृत स्थिर और धीमी गति से बढ़ती चरण में प्रवेश करती है । इससे पता चलता है कि जहां असुरक्षित परत बनाने के लिए लगातार गैर-असुरक्षित परत को भंग किया जा रहा है, वहीं एक नई गैर-असुरक्षित परत फिर से बढ़ रही है । कहने का मतलब है, ऑक्साइड फिल्म में गैर-असुरक्षित परत के गठन और विघटन की दर मूल रूप से संतुलित होती है, इसलिए गैर-असुरक्षित परत है मोटाई अब नहीं बढ़ती है, और वोल्टेज परिवर्तन छोटा है। हालांकि, इस समय, छेद के तल पर ऑक्साइड फिल्म का गठन और विघटन बंद नहीं हुआ, वे अभी भी चल रहे थे, नतीजतन, छेद के नीचे धीरे-धीरे धातु मैट्रिक्स के अंदर चले गए। जैसे-जैसे ऑक्सीकरण समय जारी रहता है, छिद्रों के रूप में छेद गहरा होते हैं, और छिद्रों के साथ फिल्म परत धीरे-धीरे गाढ़ा हो जाती है। जब फिल्म निर्माण दर और विघटन दर एक गतिशील संतुलन तक पहुंच जाती है, भले ही ऑक्सीकरण समय बढ़ाया जाता है, तो ऑक्साइड फिल्म की मोटाई अब और नहीं बढ़ेगी, और इस समय एनोडिक ऑक्सीकरण प्रक्रिया को रोक दिया जाना चाहिए। एनोडिक ऑक्सीकरण विशेषता वक्र और ऑक्साइड फिल्म विकास प्रक्रिया नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है। एल्यूमीनियम और उसके मिश्र धातुओं को 5-20 माइक्रोन और अच्छे सोखने की मोटाई के साथ एक रंगहीन और पारदर्शी ऑक्साइड फिल्म प्राप्त करने के लिए तनु सल्फ्यूरिक एसिड इलेक्ट्रोलाइट में प्रत्यक्ष वर्तमान और बारी-बारी से वर्तमान द्वारा एनोडाइज्ड किया जाता है।
सल्फ्यूरिक एसिड एनोडाइजिंग प्रक्रिया सरल है, समाधान स्थिर है, ऑपरेशन सुविधाजनक है, अशुद्धता सामग्री की स्वीकार्य रेंज व्यापक है, बिजली की खपत कम है, लागत कम है, और इसे लगभग एल्यूमीनियम और विभिन्न एल्यूमीनियम एलॉय के प्रसंस्करण पर लागू किया जा सकता है, इसलिए इसका व्यापक रूप से चीन में उपयोग किया गया है।
निम्नलिखित तालिका एक विशिष्ट एनोडिक ऑक्सीकरण प्रक्रिया दिखाती है: फॉर्मूला और प्रक्रिया की स्थिति डीसी विधि
सल्फ्यूरिक एसिड (जी/एल) 160 ~ 180
एल्यूमीनियम आयन Al3 + (g/L)<>
तापमान (डिग्री सेल्सियस) 18 ~ 22
एनोड वर्तमान घनत्व (A/dm2) 1.2 ~ 1.5
वोल्टेज (V) 16 ~ 20
समय (न्यूनतम) 20 ~ 40
सरगर्मी, संकुचित हवा, टैंक तरल परिसंचरण
कैथोड क्षेत्र/एनोड क्षेत्र 1.5:1 ऑक्साइड फिल्म की गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं:
(1) सल्फ्यूरिक एसिड एकाग्रता: आमतौर पर 15% से 20% तक। जैसे-जैसे एकाग्रता बढ़ती है, फिल्म की विघटन दर बढ़ती है और फिल्म की विकास दर घटती जाती है। फिल्म में उच्च पोरोसिटी, मजबूत सोखत्व, मजबूत लोच, और अच्छी रंग-गतिशीलता (गहरे रंगों को डाई करना आसान) है, लेकिन कठोरता और घर्षण प्रतिरोध थोड़ा बदतर है; सल्फ्यूरिक एसिड की एकाग्रता कम करें, ऑक्साइड फिल्म की वृद्धि दर में तेजी आती है, फिल्म में कम छिद्र, उच्च कठोरता और अच्छा पहनने का प्रतिरोध होता है।
इसलिए, जब सुरक्षा, सजावट और शुद्ध सजावट प्रसंस्करण के लिए उपयोग किया जाता है, तो स्वीकार्य एकाग्रता की ऊपरी सीमा, यानी, 20% सल्फ्यूरिक एसिड इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किया जाता है।
(2) इलेक्ट्रोलाइट तापमान- इलेक्ट्रोलाइट तापमान ऑक्साइड फिल्म की गुणवत्ता पर काफी प्रभाव डालता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता जाता है फिल्म का विघटन दर बढ़ता है और फिल्म की मोटाई कम हो जाती है। जब तापमान 22 ~ 30 डिग्री सेल्सियस होता है, तो प्राप्त फिल्म नरम होती है और इसमें अच्छी सोखने की क्षमता होती है, लेकिन घर्षण प्रतिरोध काफी खराब होता है; जब तापमान 30 डिग्री सेल्सियस से अधिक होता है, तो फिल्म ढीली और असमान हो जाती है, कभी-कभी असतत भी होती है, और कठोरता कम होती है, इसलिए यह अपना उपयोग मूल्य खो देती है; जब तापमान 10 और 20 डिग्री सेल्सियस के बीच होता है, तो गठित ऑक्साइड फिल्म असुरक्षित होती है, इसमें मजबूत सोखने की क्षमता होती है, और लोचदार होता है, रंगाई के लिए उपयुक्त होता है, लेकिन फिल्म में कम कठोरता और खराब पहनने का प्रतिरोध होता है;
तापमान 10 डिग्री सेल्सियस से कम होता है, ऑक्साइड फिल्म की मोटाई बढ़ती है, कठोरता अधिक होती है, पहनने का प्रतिरोध अच्छा होता है, लेकिन पोर्सिटी कम होती है। इसलिए, उत्पादन के दौरान इलेक्ट्रोलाइट के तापमान को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए। एक मोटी और कठिन ऑक्साइड फिल्म तैयार करने के लिए, ऑपरेटिंग तापमान को कम किया जाना चाहिए। ऑक्सीकरण प्रक्रिया में, संकुचित हवा सरगर्मी और अपेक्षाकृत कम तापमान का उपयोग किया जाता है, और हार्ड ऑक्सीकरण आमतौर पर शून्य के आसपास किया जाता है।
(3) वर्तमान घनत्व: एक निश्चित सीमा के भीतर, वर्तमान घनत्व बढ़ जाता है, फिल्म विकास दर बढ़ जाती है, ऑक्सीकरण समय छोटा हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप फिल्म में अधिक छिद्र होते हैं, रंग में आसान होता है, और कठोरता और प्रतिरोध में वृद्धि होती है; यदि वर्तमान घनत्व बहुत अधिक है, तो यह जूल गर्मी के प्रभाव के कारण होगा भागों की सतह गरम हो जाती है और स्थानीय समाधान का तापमान बढ़ जाता है, फिल्म की विघटन दर बढ़ जाती है, और भागों को जलाने की संभावना होती है; अगर मौजूदा घनत्व बहुत कम है, तो फिल्म की वृद्धि दर धीमी है, लेकिन परिणामस्वरूप फिल्म सघन और कठिन है । पहनने का प्रतिरोध कम हो जाता है।
(4) ऑक्सीकरण समय: ऑक्सीकरण समय का चुनाव इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता, तापमान, एनोड वर्तमान घनत्व और आवश्यक फिल्म मोटाई पर निर्भर करता है। उन्हीं परिस्थितियों में, जब वर्तमान घनत्व स्थिर होता है, तो फिल्म की वृद्धि दर ऑक्सीकरण समय के आनुपातिक होती है; लेकिन जब फिल्म एक निश्चित मोटाई तक बढ़ती है तो फिल्म प्रतिरोध में वृद्धि के कारण फिल्म की चालकता बढ़ जाती है और तापमान बढ़ने के कारण फिल्म की विघटन दर बढ़ जाती है, इसलिए फिल्म की विकास दर धीरे-धीरे कम हो जाएगी, और अंत में नहीं बढ़ेगी ।
(5) सरगर्मी और चलती: यह इलेक्ट्रोलाइट संवहन को बढ़ावा दे सकता है, शीतलन प्रभाव को मजबूत कर सकता है, समाधान तापमान की एकरूपता सुनिश्चित कर सकता है, और धातु के स्थानीय हीटिंग के कारण ऑक्साइड फिल्म की गुणवत्ता को कम नहीं करेगा।
(6) इलेक्ट्रोलाइट में अशुद्धियां: एल्यूमीनियम एनोडाइजेशन के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट में मौजूद अशुद्धियों में Clˉ, Fˉ, NO3ˉ, Cu2+, Al3 +, Fe2 +, आदि शामिल हैं। उनमें से, Clˉ, Fˉ, झिल्ली की छिद्रता को बढ़ाने के NO3ˉ, और सतह किसी न किसी और ढीली है। यदि इसकी सामग्री सीमा मूल्य से अधिक है, तो यह भागों के जंग और छिद्र का कारण भी होगा (Clˉ 0.05g/L से कम होना चाहिए, Fˉ 0.01g/L से कम होना चाहिए); जब इलेक्ट्रोलाइट में
जब Al3 + की सामग्री एक निश्चित मूल्य से अधिक होती है, तो अक्सर वर्कपीस की सतह पर सफेद धब्बे या धब्बेदार सफेद ब्लॉक दिखाई देते हैं, और फिल्म का सोखने का प्रदर्शन कम हो जाता है, और डाई करना मुश्किल होता है (Al3 + 20g/L से कम होना चाहिए); जब Cu2 + की सामग्री 0.02g/L तक पहुंचती है, तो ऑक्साइड फिल्म डार्क धारियाँ या काले धब्बे सतह पर दिखाई देंगे; Si2 + अक्सर एक निलंबित राज्य में इलेक्ट्रोलाइट में मौजूद होता है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट थोड़ा टर्बिड हो जाता है और झिल्ली पर भूरे रंग के पाउडर के रूप में सोखता है।
(7) एल्यूमीनियम एलॉय संरचना: आम तौर पर, एल्यूमीनियम धातु में अन्य तत्वों फिल्म की गुणवत्ता को कम करने, और प्राप्त ऑक्साइड फिल्म शुद्ध एल्यूमीनियम के रूप में के रूप में मोटी नहीं है, और कठोरता भी कम है । विभिन्न रचनाओं के साथ एल्यूमीनियम एलॉय का उपयोग एनोडाइजिंग के लिए किया जाता है। एक ही स्लॉट में ऐसा न करें, इसका ध्यान रखें।
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